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JP2005252192A - Method for manufacturing complementary semiconductor device - Google Patents

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JP2005252192A
JP2005252192A JP2004064485A JP2004064485A JP2005252192A JP 2005252192 A JP2005252192 A JP 2005252192A JP 2004064485 A JP2004064485 A JP 2004064485A JP 2004064485 A JP2004064485 A JP 2004064485A JP 2005252192 A JP2005252192 A JP 2005252192A
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JP
Japan
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type
gate electrode
forming
film
type well
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JP2004064485A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshikazu Nakagawa
義和 中川
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Rohm Co Ltd
Original Assignee
Rohm Co Ltd
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a complementary semiconductor device which does not cause the depletion of a gate electrode and the deterioration of a gate insulating film. <P>SOLUTION: Polysilicon gate electrodes 17 composed of polysilicon containing phosphor or arsenic are formed on gate insulating films 14 of a p-type well 12 and n-type well 13 of a silicon substrate 10, respectively. After side walls 20 are formed on side walls of the gate electrode 17, source/drain regions 21, 22 are formed by impurity implantation and heat treatment with the side wall 20 and gate electrode 17 as masks. A Ni film 23 is formed on the whole surface of the substrate 10, and NiSi layers 24, 25 are formed on the source/drain regions 21, 22 by carrying out heat treatment and the whole polysilicon gate electrode is transformed into silicified NiSi gate electrodes 26, 27. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、相補型半導体装置の製造方法に係り、特にサリサイド構造を有する相補型電界効果トランジスタの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a complementary semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a complementary field effect transistor having a salicide structure.

従来の半導体装置には、シリコン酸化膜(SiO膜)からなるゲート絶縁膜と、ポリシリコン膜からなるゲート電極(以下「ポリシリコンゲート電極」という。)とが用いられていた。
MOSトランジスタのような半導体装置を高性能化させるためには、ゲート絶縁膜であるSiO膜を薄膜化するか、ゲート絶縁膜として高誘電率膜(「High-k膜」ともいう。)を用いる必要がある。
しかし、ポリシリコンゲート電極を用いる場合にはゲート電極の空乏化の問題があり、ゲート絶縁膜を薄膜化するとこの問題はさらに深刻になる。特に、PMOSトランジスタではこの空乏化の問題が深刻である。これは、PMOSトランジスタのポリシリコンゲート電極にはボロンがドープされるが、このドープされたボロンの活性化が十分にされないためである。
In a conventional semiconductor device, a gate insulating film made of a silicon oxide film (SiO 2 film) and a gate electrode made of a polysilicon film (hereinafter referred to as “polysilicon gate electrode”) have been used.
In order to improve the performance of a semiconductor device such as a MOS transistor, the SiO 2 film, which is a gate insulating film, is thinned, or a high dielectric constant film (also referred to as “High-k film”) is used as the gate insulating film. It is necessary to use it.
However, when a polysilicon gate electrode is used, there is a problem of depletion of the gate electrode, and this problem becomes more serious when the gate insulating film is thinned. In particular, this depletion problem is serious in PMOS transistors. This is because the polysilicon gate electrode of the PMOS transistor is doped with boron, but the doped boron is not sufficiently activated.

上記空乏化の対策として、メタルゲート構造が提案されている。しかし、ソース/ドレイン領域形成用のRTA(Rapid Thermal Annealing)の際、ゲート電極のメタルとゲート絶縁膜との間で相互拡散が生じ、ゲート絶縁膜が劣化してしまうという問題があった。
そこで、RTA後にポリシリコンをシリサイド化する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
As a countermeasure against the depletion, a metal gate structure has been proposed. However, during RTA (Rapid Thermal Annealing) for forming source / drain regions, there is a problem that mutual diffusion occurs between the metal of the gate electrode and the gate insulating film, and the gate insulating film is deteriorated.
Therefore, a method of siliciding polysilicon after RTA has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特開平11−284179号公報(第5−6頁、図1−5)Japanese Patent Laid-Open No. 11-284179 (page 5-6, FIG. 1-5)

しかしながら、上記方法を相補型MOSトランジスタ(CMOSトランジスタ)のような相補型半導体装置の製造に適用すると、NMOS及びPMOSトランジスタの両方においてゲート電極全体をシリサイド化することができないという問題があった。これは、PMOSのゲート電極全体をシリサイド化することができないことによる。   However, when the above method is applied to the manufacture of a complementary semiconductor device such as a complementary MOS transistor (CMOS transistor), there is a problem that the entire gate electrode cannot be silicided in both NMOS and PMOS transistors. This is because the entire gate electrode of the PMOS cannot be silicided.

また、ゲート電極全体をシリサイド化するためには、ゲート電極の厚さを薄くしなければならず、所望のゲート電極形状が得られないという問題があった。   Further, in order to silicide the entire gate electrode, the thickness of the gate electrode has to be reduced, and there is a problem that a desired gate electrode shape cannot be obtained.

本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたもので、ゲート電極の空乏化とゲート絶縁膜の劣化を生じさせない相補型半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a complementary semiconductor device that does not cause depletion of a gate electrode and deterioration of a gate insulating film.

本発明に係る相補型半導体装置の製造方法は、半導体基板の上層にp型ウェルとn型ウェルとを形成する工程と、
前記半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記p型ウェル及び前記n型ウェル上の前記ゲート絶縁膜上に、n型不純物を含有するポリシリコンからなるゲート電極をそれぞれ形成する工程と、
前記ゲート電極の側壁にサイドウォールを形成する工程と、
前記ゲート電極及び前記サイドウォールをマスクとして前記p型ウェルにn型不純物を注入し、前記n型ウェルにp型不純物を注入した後、熱処理を行うことにより前記p型ウェルにn型ソース/ドレイン領域を形成すると共に前記n型ウェルにp型ソース/ドレイン領域を形成する工程と、
前記n型及びp型ソース/ドレイン領域を形成した後、前記半導体基板の全面に金属膜を形成し、熱処理を行うことにより前記ゲート電極全体をシリサイド化する工程とを含むことを特徴とするものである。
A method for manufacturing a complementary semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a p-type well and an n-type well in an upper layer of a semiconductor substrate;
Forming a gate insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a gate electrode made of polysilicon containing an n-type impurity on each of the gate insulating films on the p-type well and the n-type well;
Forming a sidewall on the sidewall of the gate electrode;
Using the gate electrode and the sidewall as a mask, an n-type impurity is implanted into the p-type well, a p-type impurity is implanted into the n-type well, and then heat treatment is performed to form an n-type source / drain in the p-type well. Forming a region and forming a p-type source / drain region in the n-type well;
Forming a metal film on the entire surface of the semiconductor substrate after forming the n-type and p-type source / drain regions, and performing a heat treatment to silicidize the entire gate electrode. It is.

本発明に係る相補型半導体装置の製造方法は、半導体基板の上層にp型ウェルとn型ウェルとを形成する工程と、
前記半導体基板の全面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記p型ウェル及び前記n型ウェル上の前記ゲート絶縁膜上に、n型不純物を含有しGe組成が30%以下であるポリシリコンゲルマニウムからなるゲート電極をそれぞれ形成する工程と、
前記ゲート電極の側壁にサイドウォールを形成する工程と、
前記ゲート電極及び前記サイドウォールをマスクとして前記p型ウェルにn型不純物を注入し、前記n型ウェルにp型不純物を注入した後、熱処理を行うことにより前記p型ウェルにn型ソース/ドレイン領域を形成すると共に前記n型ウェルにp型ソース/ドレイン領域を形成する工程と、
前記n型及びp型ソース/ドレイン領域を形成した後、前記半導体基板の全面に金属膜を形成し、熱処理を行うことにより前記ゲート電極全体をシリサイド化する工程とを含むことを特徴とするものである。
A method for manufacturing a complementary semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a p-type well and an n-type well in an upper layer of a semiconductor substrate;
Forming a gate insulating film on the entire surface of the semiconductor substrate;
Forming gate electrodes made of polysilicon germanium containing an n-type impurity and having a Ge composition of 30% or less on the gate insulating film on the p-type well and the n-type well,
Forming a sidewall on the sidewall of the gate electrode;
Using the gate electrode and the sidewall as a mask, an n-type impurity is implanted into the p-type well, a p-type impurity is implanted into the n-type well, and then heat treatment is performed to form an n-type source / drain in the p-type well. Forming a region and forming a p-type source / drain region in the n-type well;
Forming a metal film on the entire surface of the semiconductor substrate after forming the n-type and p-type source / drain regions, and performing a heat treatment to silicidize the entire gate electrode. It is.

本発明に係る相補型半導体装置の製造方法において、前記金属膜を前記ゲート電極のゲート長の1/2以上の膜厚で形成することが好適である。   In the complementary semiconductor device manufacturing method according to the present invention, it is preferable that the metal film is formed with a film thickness equal to or greater than ½ of the gate length of the gate electrode.

本発明に係る相補型半導体装置の製造方法において、前記サイドウォールを形成する工程は、
前記半導体基板の全面に絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート電極の側壁の上部が前記金属膜の膜厚よりも小さい長さだけ露出するように、前記絶縁膜をエッチバックする工程とを有することが好適である。
In the method for manufacturing a complementary semiconductor device according to the present invention, the step of forming the sidewall includes:
Forming an insulating film on the entire surface of the semiconductor substrate;
It is preferable to include a step of etching back the insulating film so that an upper portion of the side wall of the gate electrode is exposed by a length smaller than the thickness of the metal film.

本発明は以上説明したように、ゲート電極の空乏化とゲート絶縁膜の劣化を生じさせない相補型半導体装置の製造方法を提供することができる。   As described above, the present invention can provide a method for manufacturing a complementary semiconductor device that does not cause depletion of a gate electrode and deterioration of a gate insulating film.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図中、同一または相当する部分には同一の符号を付してその説明を簡略化ないし省略することがある。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof may be simplified or omitted.

図1〜図3は、本発明の実施の形態による半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。
先ず、図1(a)に示すように、シリコン基板10内にシリコン酸化膜からなる素子分離11をSTI(Shallow Trench Isolation)法を用いて形成する。この素子分離11により、n型チャネルMOSトランジスタが形成されるNMOS領域(A)と、p型チャネルMOSトランジスタが形成されるPMOS領域(B)とが画定される。続いて、NMOS領域(A)にp型半導体領域としてのp型ウェル12を形成し、PMOS領域(B)にn型半導体領域としてのn型ウェル13を形成する。その後、図示しないが、p型ウェル12及びn型ウェル13に、MOSトランジスタの閾値電圧調整用の不純物をそれぞれ注入する。
1 to 3 are process cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
First, as shown in FIG. 1A, an element isolation 11 made of a silicon oxide film is formed in a silicon substrate 10 using an STI (Shallow Trench Isolation) method. The element isolation 11 defines an NMOS region (A) where an n-type channel MOS transistor is formed and a PMOS region (B) where a p-type channel MOS transistor is formed. Subsequently, a p-type well 12 as a p-type semiconductor region is formed in the NMOS region (A), and an n-type well 13 as an n-type semiconductor region is formed in the PMOS region (B). Thereafter, although not shown, impurities for adjusting the threshold voltage of the MOS transistor are implanted into the p-type well 12 and the n-type well 13, respectively.

次に、図1(b)に示すように、基板10全面にゲート絶縁膜14を形成する。ゲート絶縁膜14としては、熱酸化法により形成するSiO膜や、熱酸窒化法により形成するSiON膜(以下「SiO膜等」という。)を適用することができる。
また、SiO膜等に代えて、高誘電率膜(high−k膜)をゲート絶縁膜14として適用することができる。高誘電率膜としては、Hf(ハフニウム)若しくはZr(ジルコニウム)を含有する材料を用いてMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法により形成するHfO膜若しくはZrO膜のような金属酸化物膜、又は上記材料にSiを更に含有させた材料を用いてMOCVD法により形成するHfSiO膜若しくはZrSiO膜のような金属シリケート膜を適用することができる。その他の高誘電率膜としては、金属窒化物膜、金属酸窒化物膜又は金属アルミネート膜を適用することができる。
また、SiO膜等と高誘電率膜との積層膜をゲート絶縁膜14として適用することができる。例えば、下層に膜厚2nm以下のSiO膜を形成し、上層にHfO膜、ZrO膜、HfSiO膜若しくはZrSiO膜を形成してなる積層膜を、ゲート絶縁膜14とすることができる。
Next, as shown in FIG. 1B, a gate insulating film 14 is formed on the entire surface of the substrate 10. As the gate insulating film 14, an SiO 2 film formed by a thermal oxidation method or an SiON film formed by a thermal oxynitriding method (hereinafter referred to as “SiO 2 film”) can be applied.
Further, a high dielectric constant film (high-k film) can be used as the gate insulating film 14 instead of the SiO 2 film or the like. As the high dielectric constant film, a metal oxide film such as an HfO 2 film or a ZrO 2 film formed by MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method using a material containing Hf (hafnium) or Zr (zirconium), Alternatively, a metal silicate film such as an HfSiO film or a ZrSiO film formed by MOCVD using a material in which Si is further added to the above material can be used. As other high dielectric constant films, a metal nitride film, a metal oxynitride film, or a metal aluminate film can be applied.
Further, a laminated film of a SiO 2 film or the like and a high dielectric constant film can be applied as the gate insulating film 14. For example, the gate insulating film 14 can be a stacked film in which a SiO 2 film having a thickness of 2 nm or less is formed in the lower layer and an HfO 2 film, ZrO 2 film, HfSiO film, or ZrSiO film is formed in the upper layer.

次に、ゲート絶縁膜14上にゲート電極膜としてのポリシリコン膜15をSiH若しくはSiDを原料としたLPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)法により、例えば、50nm〜200nmの膜厚で形成する。そして、NMOS領域(A)とPMOS領域(B)のポリシリコン膜15内に、n型不純物であるP(リン)若しくはAs(砒素)16をイオン注入法により含有させる。これにより、NMOS領域(A)とPMOS領域(B)のゲート絶縁膜14上に、n型不純物(P若しくはAs)を含有するゲート電極膜が形成される。なお、ポリシリコン膜15を形成する際に上記原料にPH若しくはAsHを加えることにより、ポリシリコン膜15へのn型不純物の注入工程が不要となり、製造工程を簡略化できる。
なお、ゲート電極膜として、ポリシリコン膜に代えて、ポリシリコンゲルマニウム膜を適用することができる。MOSトランジスタにおける空乏化率の劣化を防止するため、ポリシリコンゲルマニウム膜中のGe(ゲルマニウム)組成は30%以下にする。該ポリシリコンゲルマニウム膜の原料としては、SiH若しくはSiDにGeHを加えたものを用いればよい。
Next, a polysilicon film 15 as a gate electrode film is formed on the gate insulating film 14 by a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) method using SiH 4 or SiD 4 as a raw material, for example, with a film thickness of 50 nm to 200 nm. . Then, P (phosphorus) or As (arsenic) 16 which is an n-type impurity is contained in the polysilicon film 15 in the NMOS region (A) and the PMOS region (B) by an ion implantation method. Thereby, a gate electrode film containing an n-type impurity (P or As) is formed on the gate insulating film 14 in the NMOS region (A) and the PMOS region (B). Note that by adding PH 3 or AsH 3 to the raw material when forming the polysilicon film 15, an n-type impurity implantation step into the polysilicon film 15 becomes unnecessary, and the manufacturing process can be simplified.
Note that as the gate electrode film, a polysilicon germanium film can be used instead of the polysilicon film. In order to prevent deterioration of the depletion rate in the MOS transistor, the Ge (germanium) composition in the polysilicon germanium film is set to 30% or less. As a raw material for the polysilicon germanium film, SiH 4 or SiD 4 to which GeH 4 is added may be used.

次に、n型不純物を含有するポリシリコン膜上にレジストパターンを形成し、該レジストパターンをマスクとして該ポリシリコン膜を異方性エッチングする。これにより、図1(c)に示すように、NMOS領域(A)とPMOS領域(B)に、n型不純物を含有するポリシリコンゲート電極17が形成される。   Next, a resist pattern is formed on the polysilicon film containing n-type impurities, and the polysilicon film is anisotropically etched using the resist pattern as a mask. Thereby, as shown in FIG. 1C, a polysilicon gate electrode 17 containing an n-type impurity is formed in the NMOS region (A) and the PMOS region (B).

次に、図2(a)に示すように、NMOS領域(A)にポリシリコンゲート電極17をマスクとしてn型不純物をイオン注入法により低濃度で注入し、PMOS領域(B)にポリシリコンゲート電極17をマスクとしてp型不純物をイオン注入法により低濃度で注入する。これにより、NMOS領域(A)のポリシリコンゲート電極17を挟んでn型エクステンション領域18が形成され、PMOS領域(B)のポリシリコンゲート電極17を挟んでp型エクステンション領域19が形成される。   Next, as shown in FIG. 2A, n-type impurities are implanted into the NMOS region (A) at a low concentration by ion implantation using the polysilicon gate electrode 17 as a mask, and the polysilicon gate is implanted into the PMOS region (B). A p-type impurity is implanted at a low concentration by ion implantation using the electrode 17 as a mask. As a result, an n-type extension region 18 is formed with the polysilicon gate electrode 17 in the NMOS region (A) interposed therebetween, and a p-type extension region 19 is formed with the polysilicon gate electrode 17 in the PMOS region (B) interposed therebetween.

次に、ポリシリコンゲート電極17を覆うように基板10全面にシリコン窒化膜を形成し、ポリシリコンゲート電極17の上部が露出するまで該シリコン窒化膜をエッチバックする。これにより、図2(b)に示すように、ポリシリコンゲート電極17の側面を覆うサイドウォール20が自己整合的に形成される。ここで、露出したポリシリコンゲート電極17側壁の長さ17a、すなわちサイドウォール20上端からポリシリコンゲート電極17上面までの長さは、後述する金属膜23の膜厚23a(図3(a)参照)よりも短くする。
また、ゲート絶縁膜14のパターニングは、サイドウォール20形成用のエッチバックにより行うことができ、サイドウォール20形成後に該サイドウォール20をマスクとした異方性エッチングすることにより行うことができる。
Next, a silicon nitride film is formed on the entire surface of the substrate 10 so as to cover the polysilicon gate electrode 17, and the silicon nitride film is etched back until the upper portion of the polysilicon gate electrode 17 is exposed. Thereby, as shown in FIG. 2B, a sidewall 20 covering the side surface of the polysilicon gate electrode 17 is formed in a self-aligning manner. Here, the length 17a of the exposed side wall of the polysilicon gate electrode 17, that is, the length from the upper end of the side wall 20 to the upper surface of the polysilicon gate electrode 17, is a film thickness 23a of a metal film 23 described later (see FIG. 3A). ).
The patterning of the gate insulating film 14 can be performed by etching back for forming the sidewalls 20 and can be performed by anisotropic etching using the sidewalls 20 as a mask after the sidewalls 20 are formed.

次に、図2(c)に示すように、NMOS領域(A)にゲート電極17及びサイドウォール20をマスクとしてn型不純物をイオン注入法により高濃度で注入し、PMOS領域(B)にゲート電極17及びサイドウォール20をマスクとしてp型不純物をイオン注入法により高濃度で注入する。その後、注入された不純物を、1000℃程度の温度のRTA(Rapid Thermal Annealing)により活性化させる。これにより、NMOS領域(A)のn型エクステンション領域18と接続するn型ソース/ドレイン領域21が形成され、PMOS領域(B)のp型エクステンション領域19と接続するp型ソース/ドレイン領域22が形成される。   Next, as shown in FIG. 2C, n-type impurities are implanted into the NMOS region (A) at a high concentration by ion implantation using the gate electrode 17 and the sidewall 20 as a mask, and the gate is formed in the PMOS region (B). A p-type impurity is implanted at a high concentration by ion implantation using the electrode 17 and the sidewall 20 as a mask. Thereafter, the implanted impurities are activated by RTA (Rapid Thermal Annealing) at a temperature of about 1000 ° C. As a result, an n-type source / drain region 21 connected to the n-type extension region 18 in the NMOS region (A) is formed, and a p-type source / drain region 22 connected to the p-type extension region 19 in the PMOS region (B) is formed. It is formed.

次に、図3(a)に示すように、基板10全面に金属膜23としてのNi(ニッケル)膜をスパッタリング法により堆積させる。ここで、Ni膜23の膜厚23aがゲート電極17のゲート長17bの1/2以上となり、かつ、露出したポリシリコンゲート電極17側壁の長さ17aよりも厚くなるようにNi膜23を形成する。例えば、Ni膜23の膜厚23aは、5nm〜30nmである。これにより、後述するシリサイド化に必要な量のNi膜をカバレージ良く堆積させることができる。なお、金属膜23としては、Ni膜の代わりに、Co(コバルト)膜、TiN(窒化チタン)膜/Ni膜の積層膜、又はTiN膜/Co膜の積層膜を適用することができる。
そして、400〜550℃の温度で、数秒〜数十分、窒素雰囲気中でアニールする。これにより、Ni膜23が基板10のシリコンと反応して、ソース/ドレイン領域21,22上層にNiSi(ニッケルシリサイド)層24,25が形成される。これと共に、ゲート電極17上だけでなくサイドウォール20上に堆積したNi膜23がゲート電極17のポリシリコンと反応して、NiSi(ニッケルシリサイド)からなるNiSiゲート電極26,27が形成される。ここで、NMOS領域(A)及びPMOS領域(B)においてNi膜23と反応するポリシリコンゲート電極17はn型不純物(P又はAs)を含有しており、該n型不純物はNiの可動原子として大きく作用する。すなわち、n型不純物の作用によりゲート電極17のポリシリコン全体にNi(23)を拡散させることができ、ポリシリコンゲート電極17全体をシリサイド化することができる。なお、上述したように、ポリシリコンゲート電極の代わりにポリシリコンゲルマニウム電極を形成した場合には、シリサイド化によりNiSiGe(1−x)ゲート電極が形成される。
その後、未反応のNi膜を硫酸過水(硫酸に過酸化水素を加えた液体)等により除去する。これにより、図3(b)に示すように、サリサイド構造を有する相補型MOSトランジスタが形成される。
Next, as shown in FIG. 3A, a Ni (nickel) film as a metal film 23 is deposited on the entire surface of the substrate 10 by sputtering. Here, the Ni film 23 is formed so that the film thickness 23a of the Ni film 23 becomes 1/2 or more of the gate length 17b of the gate electrode 17 and is thicker than the length 17a of the exposed polysilicon gate electrode 17 side wall. To do. For example, the film thickness 23a of the Ni film 23 is 5 nm to 30 nm. As a result, an amount of Ni film required for silicidation described later can be deposited with good coverage. As the metal film 23, a Co (cobalt) film, a TiN (titanium nitride) film / Ni film laminated film, or a TiN film / Co film laminated film can be used instead of the Ni film.
Then, annealing is performed in a nitrogen atmosphere at a temperature of 400 to 550 ° C. for several seconds to several tens of minutes. As a result, the Ni film 23 reacts with the silicon of the substrate 10 to form NiSi (nickel silicide) layers 24 and 25 on the source / drain regions 21 and 22. At the same time, the Ni film 23 deposited not only on the gate electrode 17 but also on the sidewall 20 reacts with the polysilicon of the gate electrode 17 to form NiSi gate electrodes 26 and 27 made of NiSi (nickel silicide). Here, the polysilicon gate electrode 17 that reacts with the Ni film 23 in the NMOS region (A) and the PMOS region (B) contains an n-type impurity (P or As), and the n-type impurity is a movable atom of Ni. As a big effect. That is, Ni (23) can be diffused throughout the polysilicon of the gate electrode 17 by the action of the n-type impurity, and the entire polysilicon gate electrode 17 can be silicided. As described above, when a polysilicon germanium electrode is formed instead of the polysilicon gate electrode, a NiSi x Ge (1-x) gate electrode is formed by silicidation.
Thereafter, the unreacted Ni film is removed with sulfuric acid / hydrogen peroxide (liquid obtained by adding hydrogen peroxide to sulfuric acid) or the like. As a result, as shown in FIG. 3B, a complementary MOS transistor having a salicide structure is formed.

次に、図3(c)に示すように、ゲート電極26,27を覆うように基板10全面に層間絶縁膜28としてのシリコン酸化膜を形成する。そして、該層間絶縁膜28内にソース/ドレイン領域21,22上層のNiSi層24,25に接続するタングステンプラグ29,30を形成すると共に、ゲート電極26,27に接続するタングステンプラグ(図示せず)を形成する。さらに、該タングステンプラグ29,30上に配線31,32を形成する。   Next, as shown in FIG. 3C, a silicon oxide film as an interlayer insulating film 28 is formed on the entire surface of the substrate 10 so as to cover the gate electrodes 26 and 27. Then, tungsten plugs 29 and 30 connected to the NiSi layers 24 and 25 above the source / drain regions 21 and 22 are formed in the interlayer insulating film 28, and tungsten plugs (not shown) connected to the gate electrodes 26 and 27 are formed. ). Further, wirings 31 and 32 are formed on the tungsten plugs 29 and 30.

以上説明したように、本実施の形態では、NMOS領域とPMOS領域にn型不純物を含有するポリシリコンゲート電極17を形成し、該ポリシリコンゲート電極17の全体をシリサイド化させることとした。ゲート電極17内のn型不純物がNiの可動原子として作用することによって、NMOS領域とPMOS領域のポリシリコンゲート電極17全体をシリサイド化することができる。よって、ゲート電極の空乏化の発生を防ぐことができる。
また、本実施の形態では、ソース/ドレイン領域形成後に低温でシリサイド化を行っているため、金属とゲート絶縁膜との界面反応が起こらず、ゲート絶縁膜の劣化を防ぐことができる。
従って、ゲート電極の空乏化とゲート絶縁膜の劣化を生じさせない相補型半導体装置の製造方法を提供することができる。
As described above, in the present embodiment, the polysilicon gate electrode 17 containing n-type impurities is formed in the NMOS region and the PMOS region, and the entire polysilicon gate electrode 17 is silicided. Since the n-type impurity in the gate electrode 17 acts as a movable atom of Ni, the entire polysilicon gate electrode 17 in the NMOS region and the PMOS region can be silicided. Therefore, occurrence of depletion of the gate electrode can be prevented.
Further, in this embodiment mode, silicidation is performed at a low temperature after the source / drain regions are formed, so that an interface reaction between the metal and the gate insulating film does not occur, and deterioration of the gate insulating film can be prevented.
Therefore, it is possible to provide a method for manufacturing a complementary semiconductor device that does not cause depletion of the gate electrode and deterioration of the gate insulating film.

また、本実施の形態では、ゲート電極の厚さを薄くしなくてもゲート電極全体をシリサイド化することができるため、所望のゲート電極形状を有する相補型半導体装置を製造することができる。   Further, in this embodiment, since the entire gate electrode can be silicided without reducing the thickness of the gate electrode, a complementary semiconductor device having a desired gate electrode shape can be manufactured.

本発明の実施の形態による相補型半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である(その1)。It is process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the complementary semiconductor device by embodiment of this invention (the 1). 本発明の実施の形態による相補型半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である(その2)。It is process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the complementary semiconductor device by embodiment of this invention (the 2). 本発明の実施の形態による相補型半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である(その3)。It is process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the complementary semiconductor device by embodiment of this invention (the 3).

符号の説明Explanation of symbols

10 基板(シリコン基板)
11 素子分離
12 p型ウェル
13 n型ウェル
14 ゲート絶縁膜
15 ポリシリコン膜
16 n型不純物(P、As)
17 ポリシリコンゲート電極
18 n型エクステンション領域
19 p型エクステンション領域
20 サイドウォール
21 n型ソース/ドレイン領域
22 p型ソース/ドレイン領域
23 金属膜(Ni膜)
24,25 NiSi層
26 NiSiゲート電極
27 NiSiゲート電極
28 層間絶縁膜
29,30 タングステンプラグ
31,32 配線
10 Substrate (silicon substrate)
11 element isolation 12 p-type well 13 n-type well 14 gate insulating film 15 polysilicon film 16 n-type impurity (P, As)
17 Polysilicon gate electrode 18 n-type extension region 19 p-type extension region 20 sidewall 21 n-type source / drain region 22 p-type source / drain region 23 Metal film (Ni film)
24, 25 NiSi layer 26 NiSi gate electrode 27 NiSi gate electrode 28 Interlayer insulating film 29, 30 Tungsten plug 31, 32 Wiring

Claims (4)

半導体基板の上層にp型ウェルとn型ウェルとを形成する工程と、
前記半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記p型ウェル及び前記n型ウェル上の前記ゲート絶縁膜上に、n型不純物を含有するポリシリコンからなるゲート電極をそれぞれ形成する工程と、
前記ゲート電極の側壁にサイドウォールを形成する工程と、
前記ゲート電極及び前記サイドウォールをマスクとして前記p型ウェルにn型不純物を注入し、前記n型ウェルにp型不純物を注入した後、熱処理を行うことにより前記p型ウェルにn型ソース/ドレイン領域を形成すると共に前記n型ウェルにp型ソース/ドレイン領域を形成する工程と、
前記n型及びp型ソース/ドレイン領域を形成した後、前記半導体基板の全面に金属膜を形成し、熱処理を行うことにより前記ゲート電極全体をシリサイド化する工程とを含むことを特徴とする相補型半導体装置の製造方法。
Forming a p-type well and an n-type well in an upper layer of the semiconductor substrate;
Forming a gate insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a gate electrode made of polysilicon containing an n-type impurity on each of the gate insulating films on the p-type well and the n-type well;
Forming a sidewall on the sidewall of the gate electrode;
Using the gate electrode and the sidewall as a mask, an n-type impurity is implanted into the p-type well, a p-type impurity is implanted into the n-type well, and then heat treatment is performed to form an n-type source / drain in the p-type well. Forming a region and forming a p-type source / drain region in the n-type well;
Forming a metal film on the entire surface of the semiconductor substrate after forming the n-type and p-type source / drain regions, and performing a heat treatment to silicidize the entire gate electrode. Type semiconductor device manufacturing method.
半導体基板の上層にp型ウェルとn型ウェルとを形成する工程と、
前記半導体基板の全面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記p型ウェル及び前記n型ウェル上の前記ゲート絶縁膜上に、n型不純物を含有しGe組成が30%以下であるポリシリコンゲルマニウムからなるゲート電極をそれぞれ形成する工程と、
前記ゲート電極の側壁にサイドウォールを形成する工程と、
前記ゲート電極及び前記サイドウォールをマスクとして前記p型ウェルにn型不純物を注入し、前記n型ウェルにp型不純物を注入した後、熱処理を行うことにより前記p型ウェルにn型ソース/ドレイン領域を形成すると共に前記n型ウェルにp型ソース/ドレイン領域を形成する工程と、
前記n型及びp型ソース/ドレイン領域を形成した後、前記半導体基板の全面に金属膜を形成し、熱処理を行うことにより前記ゲート電極全体をシリサイド化する工程とを含むことを特徴とする相補型半導体装置の製造方法。
Forming a p-type well and an n-type well in an upper layer of the semiconductor substrate;
Forming a gate insulating film on the entire surface of the semiconductor substrate;
Forming gate electrodes made of polysilicon germanium containing an n-type impurity and having a Ge composition of 30% or less on the gate insulating film on the p-type well and the n-type well,
Forming a sidewall on the sidewall of the gate electrode;
Using the gate electrode and the sidewall as a mask, an n-type impurity is implanted into the p-type well, a p-type impurity is implanted into the n-type well, and then heat treatment is performed to form an n-type source / drain in the p-type well. Forming a region and forming a p-type source / drain region in the n-type well;
Forming a metal film on the entire surface of the semiconductor substrate after forming the n-type and p-type source / drain regions, and performing a heat treatment to silicidize the entire gate electrode. Type semiconductor device manufacturing method.
請求項1又は2に記載の相補型半導体装置の製造方法において、
前記金属膜を前記ゲート電極のゲート長の1/2以上の膜厚で形成することを特徴とする相補型半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a complementary semiconductor device according to claim 1 or 2,
A method of manufacturing a complementary semiconductor device, wherein the metal film is formed with a film thickness of ½ or more of a gate length of the gate electrode.
請求項1から3の何れかに記載の相補型半導体装置の製造方法において、
前記サイドウォールを形成する工程は、
前記半導体基板の全面に絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート電極の側壁の上部が前記金属膜の膜厚よりも小さい長さだけ露出するように、前記絶縁膜をエッチバックする工程とを有することを特徴とする相補型半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the complementary semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
The step of forming the sidewall includes
Forming an insulating film on the entire surface of the semiconductor substrate;
And a step of etching back the insulating film so that an upper portion of the side wall of the gate electrode is exposed by a length smaller than the thickness of the metal film.
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